Question

9．碳、氮及其化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活中有著重要作用．請回答下列問題：
（1）用CH₄催化還原NO_x可以消除氮氧化物的污染．例如：
CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ•mol^-1
CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂
若2mol CH₄還原NO₂至N₂，整個過程中放出的熱量為1734kJ，則△H₂=-1160kJ•mol^-1；
（2）據(jù)報道，科學(xué)家在一定條件下利用Fe₂O₃與甲烷反應(yīng)可制取“納米級”的金屬鐵．其反應(yīng)如下：Fe₂O₃（s）+3CH₄（g）?2Fe（s）+3CO（g）+6H₂（g）△H＞0
①若反應(yīng)在5L的密閉容器中進(jìn)行，1min后達(dá)到平衡，測得Fe₂O₃在反應(yīng)中質(zhì)量減少3.2g．則該段時間內(nèi)CO的平均反應(yīng)速率為0.012mol/（L•min）；．
②若該反應(yīng)在恒溫恒壓容器中進(jìn)行，能表明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是bd（選填序號）
a．CH₄的轉(zhuǎn)化率等于CO的產(chǎn)率
b．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變
c．v（CO）與v（H₂）的比值不變
d．固體的總質(zhì)量不變
③該反應(yīng)達(dá)到平衡時某物理量隨溫度變化如圖1所示，當(dāng)溫度由T₁升高到T₂時，平衡常數(shù)K_A＜K_B（填“＞”、“＜”或“=”）．縱坐標(biāo)可以表示的物理量有哪些b．
a．H₂的逆反應(yīng)速率      b．CH₄的體積分?jǐn)?shù)c．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量             
（3）若往20mL 0.0lmol•L^-l的弱酸HNO₂溶液中逐滴加入一定濃度的燒堿溶液，測得混合溶液的溫度變化如右圖所示，下列有關(guān)說法正確的是②③
①該燒堿溶液的濃度為0.02mol•L^-1
②該燒堿溶液的濃度為0.01mol•L^-1
③HNO₂的電離平衡常數(shù)：b點(diǎn)＞a點(diǎn)
④從b點(diǎn)到c點(diǎn)，混合溶液中一直存在：c（Na⁺）＞c（NO${\;}_{2}^{-}$）＞c（OH^-）＞c（H⁺）

Answer 1

分析 （1）①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1
②CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂
根據(jù)蓋斯定律，①+②可得：2CH₄（g）+4NO₂（g）═2N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O（g），則△H=（△H₁+△H₂）；
（2）①參加反應(yīng)Fe₂O₃為$\frac{3.2g}{160g/mol}$=0.02mol，由方程式可知生成CO為0.02mol×3=0.06mol，再根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算v（CO）；
②可逆反應(yīng)到達(dá)平衡時，同種物質(zhì)的正逆速率相等，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些量不變，判斷平衡的物理量應(yīng)隨反應(yīng)進(jìn)行發(fā)生變化，該物理量由變化到不變化說明到達(dá)平衡；
③正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高溫度平衡正向移動，平衡常數(shù)增大；
a．升高溫度反應(yīng)速率加快，
b．混合氣體總物質(zhì)的量增大，甲烷物質(zhì)的量減小；
c．由方程式可知，氣體質(zhì)量增大48g時，混合氣體總物質(zhì)的量增大6mol；
（3）①②HNO₂是弱酸，次氯酸電離是吸熱反應(yīng)，酸堿中和反應(yīng)是放熱反應(yīng)，當(dāng)恰好完全中和時放出熱量最多，據(jù)此確定c（NaOH）；
③電離吸熱，溫度越高電離平衡常數(shù)越大；
④當(dāng)c（NaOH）較大時，可能出現(xiàn)：c（Na⁺）＞c（OH^-）＞c（NO₂^-）＞c（H⁺）．

解答 解：（1）①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ•mol^-1
②CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂
根據(jù)蓋斯定律，①+②可得：2CH₄（g）+4NO₂（g）═2N₂（g）+2CO₂（g）+4H₂O（g），則△H=（△H₁+△H₂），而2mol CH₄還原NO₂至N₂，整個過程中放出的熱量為1734kJ，則△H₂=-1734kJ•mol^-1+574kJ•mol^-1=-1160 kJ•mol^-1，
故答案為：-1160kJ•mol^-1；
（2）①若反應(yīng)在5L的密閉容器中進(jìn)行，1min后達(dá)到平衡，測得Fe₂O₃在反應(yīng)中質(zhì)量減少3.2g，參加反應(yīng)Fe₂O₃為$\frac{3.2g}{160g/mol}$=0.02mol，由方程式可知生成CO為0.02mol×3=0.06mol，則v（CO）=$\frac{\frac{0.06mol}{5L}}{1min}$=0.012mol/（L•min）；
故答案為：0.012mol/（L•min）；
②a．甲烷的轉(zhuǎn)化率一定大于CO的產(chǎn)率，與是否達(dá)到平衡狀態(tài)無關(guān)，故a錯誤；
b．反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量和質(zhì)量都不同，所以混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故b正確；
c．未指明正逆速率，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故c錯誤；
d．固體的總質(zhì)量不變，說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故d正確；
故答案為：bd；
③正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高溫度平衡正向移動，平衡常數(shù)增大，故K_A＜K_B；
a．H₂的逆反應(yīng)速率隨溫度的升高而增大，故a錯誤；
b．升溫平衡正向移動，CH₄的體積分?jǐn)?shù)減小，故b正確；
c．升溫平衡正向移動，由方程式可知，氣體質(zhì)量增大48g時，混合氣體總物質(zhì)的量增大6mol，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量增大，故c錯誤；
故答案為：＜；b；
（3）①HNO₂是弱酸，次氯酸電離是吸熱反應(yīng)，酸堿中和反應(yīng)是放熱反應(yīng)，當(dāng)恰好完全中和時放出熱量最多，c（NaOH）=$\frac{0.02L×0.01mol/L}{0.02L}$=0.01mol/L，故①錯誤，
②由①分析可知，c（NaOH）=$\frac{0.02L×0.01mol/L}{0.02L}$=0.01mol/L，故②正確；
③電離吸熱，溫度越高電離平衡常數(shù)越大，所以HNO₂的電離平衡常數(shù)：b點(diǎn)＞a點(diǎn)，故③正確；
④從b點(diǎn)到c點(diǎn)，當(dāng)C（NaOH）較大時，可能出現(xiàn)：c（Na⁺）＞c（OH^-）＞c（NO₂^-）＞c（H⁺），故④錯誤；
故選：②③．

點(diǎn)評 本題考查反應(yīng)熱計算、化學(xué)平衡狀態(tài)判斷、反應(yīng)速率計算、化學(xué)平衡圖象、弱電解質(zhì)電離、離子濃度大小比較等，綜合性較強(qiáng)，需要學(xué)生具備扎實的基礎(chǔ)與分析解決問題的能力，難度度大．